分布式光纤传感系统触发模式识别的研究

论文摘要

分布式光纤传感技术已经有近20年的发展历史,它使用一根几公里长的光纤作为传感单元和信号传输单元,能够获得外界被测物理量沿光纤空间和时间上的连续分布。在实际的应用项目中,非常适用于长距离或大区域范围内的监控和安防控制。目前分布式光纤传感系统的研究主要集中在光学结构的改进和定位算法的改进,对于应用于实际监控项目中的分布式光纤传感系统,触发信号的模式识别问题并没有展开广泛的研究。本文提出的动态决策多尺度DTW算法能够为分布式光纤传感系统触发信号的模式识别提供一种有效的方法,对分布式光纤传感系统的应用具有现实意义。在简要介绍了分布式光纤传感技术和模式识别的背景内容后,本文对分布式光纤传感系统触发信号模式识别研究的现状和意义进行了说明。然后,通过对触发信号特征的分析,总结出对该信号进行模式识别时需要解决的系统所特有的问题,包括:触发信号频谱的周期性破坏,触发信号的时域对齐,以及特征模板的选择。针对该系统所特有的问题,本文提出了以动态决策多尺度DTW算法为解决方案的模式识别方法,并对其原理以及实现进行了阐述。该算法能够将触发信号的频谱按照频率尺度分段提取特征参数,并根据触发信号频谱被破坏的位置,动态的调整各个频域尺度上的决策权重。最后,通过从实际的系统上采集到的一组数据对算法进行验证,证明了该算法在分布式光纤传感系统触发模式识别中的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤传感器简介
• 1.2 分布式光纤传感技术概况
• 1.3 分布式光纤传感系统触发模式识别的意义
• 1.3.1 应用背景
• 1.3.2 应用实例
• 1.4 分布式光纤传感系统模式识别的发展动态
• 1.4.1 算法研究的现状
• 1.4.2 性能评价因素
• 1.5 论文的主要工作及内容安排
• 第二章 分布式光纤传感系统的信号特征分析
• 2.1 分布式光纤传感系统原理
• 2.1.1 分布式光纤传感系统结构
• 2.1.2 调制原理
• 2.1.3 解调原理
• 2.1.4 定位原理
• 2.2 分布式光纤传感系统触发信号的特征
• 2.2.1 触发信号的特征
• 2.2.2 频谱"陷落"点的讨论
• 2.3 分布式光纤传感系统模式识别方法的讨论
• 2.3.1 触发信号模式识别的难点
• 2.3.2 小量模式的分离信号识别方法分析
• 2.3.3 对于识别的可行性分析
• 第三章 分布式光纤传感系统的模式识别算法
• 3.1 分布式光纤传感系统信号的模式划分
• 3.1.1 模式划分的依据
• 3.1.2 模式种类的划分
• 3.2 动态决策多尺度DTW算法的结构
• 3.2.1 算法系统结构
• 3.2.2 特征提取和分类器设计的融合策略
• 3.3 动态决策多尺度DTW算法的实现
• 3.3.1 信号的多尺度变换
• 3.3.2 DTW算法的编程实现
• 3.3.3 受影响尺度的确定和动态决策
• 3.4 特征模板问题的讨论
• 3.4.1 特征模板的属性
• 3.4.2 模板的训练
• 3.4.3 新模板的产生
• 3.5 算法局限性及误差来源分析
• 第四章 实验研究和结果讨论
• 4.1 触发信号模式的形态
• 4.2 模式识别算法的验证
• 4.2.1 模板的训练和选择
• 4.2.2 算法识别度验证
• 4.2.3 模式间域度
• 4.3 算法的普适性讨论
• 4.4 算法实现平台的讨论
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 作者简历
• 致谢